第四章 膜结合免疫分子 第一节 主要组织相容性 复合体 ( major histocompatibility complex,MHC)

1. 第四章 膜结合免疫分子 第一节 主要组织相容性 复合体 (major histocompatibility complex,MHC) 王桂琴

2. 第一节 概 述 • 组织相容性抗原（histicompatibility antigen): • 代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，叫～，也称移植抗原。 • 主要组织相容性抗原系统（major histocompatibility antigen): • 在众多的组织相容性抗原系统中，能引起强烈而迅速排斥反应的抗原系统，称为～，也叫主要组织相容性系统（major histocompatibility system,MHS)。

3. 1st 19d A系 B系 C系 3M 2nd 9d 3M 3rd 3d 24d d：day M：month 图4-1移植排斥反应的本质是免疫应答

4. 图中实验证明排斥反应具有以下特点： • 1.识别性：B系排斥A、C系（异系、异体） • 2.记忆性：移植物为同一供体，排斥反应进行性加快 • 3.特异性：B系对A系的排斥是由于A对B的致敏，C为另一供体，反应为初次。换言之，A系对B系的致敏是品系特异性的，并不扩展到无关品系。 • 这些特点符合免疫应答规律，揭示排斥反应的本质是免疫应答。

5. MHC：是位于哺乳动物或人某一染色体上的一组紧密连锁的基因群，其编码产物参与抗原递呈和T细胞活化、在免疫应答的启动和免疫调节中发挥重要作用。MHC：是位于哺乳动物或人某一染色体上的一组紧密连锁的基因群，其编码产物参与抗原递呈和T细胞活化、在免疫应答的启动和免疫调节中发挥重要作用。

6. 不同种类哺乳动物MHC及其编码产物的名称各异。不同种类哺乳动物MHC及其编码产物的名称各异。 • 小鼠的MHC称为H-2复合体。 • 人类的MHC通常称为HLA基因或HLA复合体。其编码的分子表达于白细胞上，称为人类白细胞抗原（human leucocyte antigen，HLA）。为和基因区分常称为HLA分子或HLA抗原。

7. 第二节 HLA复合体 • 一、HLA复合体定位及结构 • HLA复合体位于6号染色体的短臂上，其分布范围大约3600~4000 kb， 占人基因组的1/3000，HLA复合体结构十分复杂，表现为多基因性和多态性。 已鉴定出224个基因座，其中功能基因128个。 • 按产物功能分三群，即经典HLA基因、免疫功能相关基因和免疫无关基因。 • 习惯上将HLA复合体分为三个区域，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因区。

8. 着丝点 MHC 第6号染色体 DP DQ DR 补体基因 B C A HLA-II HLA-III HLA-I 1000 Kb 600~1000 Kb 2000 Kb

9. II类基因区 III类基因区 I类基因区 DP DQ DR B B B B A C A A A TNF LMP Bf HSP C2 TAP C4a C4b HSP70（heat shock protein70) LMP（large multifunctional proteasome) (low molecular weight polypeptide) TAP(transporter associated with antigen processing) (transporter of antigen peptide)

10. (一)经典HLA基因 • 1、经典HLA-I 类基因：HLA-A、B、C • 编码产物的组织分布极为广泛，并具有高度多态性，其中HLA-B是HLA复合体中等位基因数最多的一个基因座位。每个位点的基因编码HLAⅠ类分子的重链（α链），而轻链（β链）编码基因位于第15号染色体。 • 2、经典HLA-II 类基因： 位于HLA复合体近着丝点一端，包括数十个基因座位。一般指HLA-DR、HLA-DQ、HLA-DP亚区。 • 编码产物均为双肽链（α、β）分子。某些HLAⅡ类基因可有2个或2个以上的β链功能基因，但一般只有一个α链功能基因。

11. （二）免疫功能相关基因 • 1、补体基因：C2、C4A、C4B、B f基因 • 2、抗原加工提呈相关基因 • （1）抗原处理相关转运蛋白（transporter associated with antigen processing, TAP）或抗原肽转运蛋白基因(transporter of antigen peptide, TAP ）,包括TAP1和TAP2两个基因座位。位于HLA-II 类基因区。

12. （2）巨大多功能蛋白酶体（large multifunctional proteasome）或低分子量多肽（low molecular weight polypeptide， LMP ）基因：包括LMP2和LMP7座位，位于HLA-II 类基因区。

13. （3）HLA-DM基因：包括DMA和DMB基因，位于Ⅱ类基因区，已检出多个等位基因，编码DM分子的α和β链。DM分子并不表达于细胞表面，但DM基因缺失导致DP、DQ和DR分子不能表达。在HLAⅡ类分子与抗原肽装配过程中起重要作用。（3）HLA-DM基因：包括DMA和DMB基因，位于Ⅱ类基因区，已检出多个等位基因，编码DM分子的α和β链。DM分子并不表达于细胞表面，但DM基因缺失导致DP、DQ和DR分子不能表达。在HLAⅡ类分子与抗原肽装配过程中起重要作用。 • （4）HLA-DO基因：包括DOA和DOB两个座位，其产物分别为DO分子的α和β链，参与对DM功能的负调节。

14. （5）TAP相关蛋白基因：位于HLA复合体近着丝点处，其产物为TAP相关蛋白（TAP-associated protein），又称tapasin。参与内源性抗原的加工提呈，主要对HLAⅠ类分子在内质网中的装配起关键作用。

15. 3、非经典Ⅰ类基因：（non-classical classⅠgene）又称HLAⅠb基因，包括许多基因位点，如HLA-E、F、G、X、H、J、L等和锌指基因ZNF173位点 。 • HLA-E基因位于HLA-C和HLA-A座位之间，已正式命名6个等位基因。其产物为NK细胞的KIR提呈自身抗原肽，抑制NK细胞和部分T细胞的杀伤活性，属于具有抗原提呈功能的免疫功能相关基因。 • HLA-G基因位于HLA-A座位远侧，已正式命名15个等位基因。其产物作为一种配体分子与杀伤细胞的KIR结合而发挥抑制活性。

16. 4、炎症相关基因：位于HLAⅢ类基因区内接近Ⅰ类基因区的一侧。新检出多个免疫功能相关基因座位，多数涉及炎症反应，分属以下四个家族：4、炎症相关基因：位于HLAⅢ类基因区内接近Ⅰ类基因区的一侧。新检出多个免疫功能相关基因座位，多数涉及炎症反应，分属以下四个家族： • （1）肿瘤坏死因子基因家族（tumor necrosis factor，TNF）：包括TNF（TNFα）、LTA和LTB（TNFβ）三个座位。TNF基因家族的产物为TNF-α和TNF-β，前者由单核-巨噬细胞产生，后者由T细胞产生。参与炎症、抗病毒和抗肿瘤免疫应答。

17. （2）热休克蛋白基因家族（heat shock protein，HSP）：HSP基因家族有3个基因，HSP70-1、HSP70-2和HSP70-HOM，均位于Ⅲ类基因区内。其产物参与炎症和应激反应，并作为分子伴侣在内源性抗原加工提呈中起作用。

18. （三）免疫无关基因 • 如位于Ⅲ类基因区参与类固醇合成的21羟化酶（CYP21）基因和位于HLA-Ⅰ类基因区的HLA-H基因（与铁代谢有关）等。

19. 二、HLA等位基因及编码产物的分类与命名 • 早期对HLA的分型是以抗原特异性的血清学检测为基础，辅以细胞学分型技术。按WHO-HLA命名委员会发布的资料，至2001年4月经血清学或细胞学方法鉴定的HLA抗原已达164种 ，近年来HLA分型已发展到直接检测各等位基因的DNA序列。

20. 被命名的等位基因中都有一个星号（*），星号前为基因座位，星号后4位数为等位基因序号，其中前两位代表该等位基因的主型，后两位代表主型中的序号。如HLA-DRB1*1102代表DRB1基因座位第11主型第2号等位基因；截止到2004年9月，已经完成基因克隆并被命名的HLA基因座位数达200个以上，复等位基因数达1821个，其中HLA-B和HLA-DRB1已鉴定出592和458个复等位基因被命名的等位基因中都有一个星号（*），星号前为基因座位，星号后4位数为等位基因序号，其中前两位代表该等位基因的主型，后两位代表主型中的序号。如HLA-DRB1*1102代表DRB1基因座位第11主型第2号等位基因；截止到2004年9月，已经完成基因克隆并被命名的HLA基因座位数达200个以上，复等位基因数达1821个，其中HLA-B和HLA-DRB1已鉴定出592和458个复等位基因

21. 三、HLA复合体遗传特征 • （一）多基因性：多个基因组成 • （二）高度多态性：复等位基因 • 共显性 • （三）单倍型遗传：同一条染色体上MHC各基因位点的组合----单倍型 • （四）连锁不平衡：MHC各等位基因均有各自的基因频率，但某些等位基因组合呈现比期望值高得多或低得多的频率，此现象即连锁不平衡。

22. MHC多样性由多基因性和多态性构成（统编）。 • HLA结构特征：多基因性和多态性（龚非力专生本） • HLA遗传特征：多基因性、多态性、单元型、连锁不平衡（龚非力研究生） • HLA遗传特征：多态性、单元型、连锁不平衡

23. 多基因性： • 同一个体中，HLA复合体基因（座位）在数量和结构上具有多样性。经典基因、免疫功能相关基因、免疫功能无关基因等，经典基因又分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因。 • 意义：每一个体细胞表面均表达一组HLA分子，各具不同的抗原肽结合特性。HLA在个体水平参与免疫调节的重要机制。

24. 高度多态性 • 复等位基因：每一个体同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因。群体中，由于突变，同一基因座位可能出现的基因系列称为复等位基因。 • 共显性：一对等位基因同为显性表达。增加了HLA表型的多态性。

25. 多态性的意义 • 多态性和多基因性共同决定了HLA遗传背景的高度多样性，从而使个体和群体极大地扩展了对不同（病原体及其变异体）抗原肽提呈和应答的范围。高等动物抵御不利环境因素的一种适应性表现，有利于维持种群的生存与延续。 • 不利：器官移植选择供者造成很大困难。

26. 单元型 • 连锁在一条染色体上的所有HLA基因组合构成一个单元型。（HLA复合体是一紧密连锁的基因群，同一染色体的HLA等位基因很少发生同源染色体间的交换）。一个单元型在遗传过程中作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。

28. 父 母 a b c d a c a d b c b d 部分配 合(50%) 完全配合 （25%） 完全不配合 （25%） HLA 家系遗传示意图

29. 连锁不平衡 • 基因频率：群体中携带某一等位基因的个体数目与携带该基因座位各等位基因的个体数目总和的比例。 • 某一等位基因数目/该座位各等位基因数目总和

30. HLA复合体各等位基因均有其各自的基因频率。随机婚配的群体中，在无新突变和自然选择的情况下，基因频率可代代维持不变。HLA复合体各等位基因均有其各自的基因频率。随机婚配的群体中，在无新突变和自然选择的情况下，基因频率可代代维持不变。 • HLA复合体各基因紧密连锁构成单元型，某一单元型型别出现的频率＝各基因频率的乘积，但实际某些基因更多或更少地连锁在一起，即连锁不平衡现象。

31. DRB1*0901与DQB1*0701在北方人出现频率为15.6％和21.9％，DRB1*0901与DQB1*0701在北方人出现频率为15.6％和21.9％， • 基因频率＝0.156×0.219 • ＝0.034即3.4％ • 实际为11.3％ • 实测的基因频率高于或低于理论计算值。 • 实测频率与预测频率间的差值为连锁不平衡参数。

32. 比单一基因型更能显示人种和地理族的特点，如汉人具有特征性的是A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23和A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3。比单一基因型更能显示人种和地理族的特点，如汉人具有特征性的是A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23和A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3。 • 有助于供者选择 • 不利于寻找疾病易感性的关键基因

33. 第三节 HLA抗原系统 • 一、HLA抗原分子的结构 • （一）HLAⅠ类分子 • （二）HLAⅡ类分子

34. MHCⅡ 肽结合槽 α1 β1 α2 β2 MHCⅠ 肽结合槽 抗原肽结合区 2 α1 α2 Ig样区 α3 β2m 跨膜区 胞浆区 图 HLA分子结构示意图

35. Ⅰ类分子 Ⅱ类分子 抗原结合槽 抗原结合槽 肽结合区 α链 多态区 肽结合区 胞外区 非多态区 Ig样区 CD4 结合部位 CD8 结合部位 细胞膜 穿膜区 胞浆区 HLA-Ⅰ类分子和Ⅱ类分子的结构示意图

43. 二、抗原肽· HLA分子复合物 • （一）pMHC特征 • 1、HLA分子与抗原肽的共同基序相结合：已知抗原肽分子片段往往带有两个或以上专门与HLA分子结合的部位，称为锚着位，该位置的氨基酸残基称为锚着残基。 • 抗原肽必须与HLA分子的肽结合槽在构象上互补，互补程度越高，二者之间的亲和力越强。

44. 2、HLA分子与抗原肽结合的相对选择性：HLA基因及其产物的多样性，造成不同HLA分子结构的差异（主要集中在HLA分子的肽结合区），由此决定了特定型别的HLA分子和抗原肽的结合具有一定的选择性/特异性。某种蛋白质缺乏适合这些HLA分子结合的序列，该个体将不对这种蛋白质产生免疫应答。2、HLA分子与抗原肽结合的相对选择性：HLA基因及其产物的多样性，造成不同HLA分子结构的差异（主要集中在HLA分子的肽结合区），由此决定了特定型别的HLA分子和抗原肽的结合具有一定的选择性/特异性。某种蛋白质缺乏适合这些HLA分子结合的序列，该个体将不对这种蛋白质产生免疫应答。

45. 3、HLA与抗原肽结合具有包容性（flexibility）：众多的抗原结构不一定均相同或相似，但通常都能被T细胞识别。只要有适合于与特定HLA分子结合的锚着位和锚着残基均可被识别和结合。即特定HLA分子提呈带有特定共同基序的一群肽段。3、HLA与抗原肽结合具有包容性（flexibility）：众多的抗原结构不一定均相同或相似，但通常都能被T细胞识别。只要有适合于与特定HLA分子结合的锚着位和锚着残基均可被识别和结合。即特定HLA分子提呈带有特定共同基序的一群肽段。

46. （二）pMHC生物学意义 • HLA提呈抗原的相对选择性解释了不同个体对相同抗原免疫应答能力不同的原因。HLA基因及其产物高度多态性主要集中于肽结合槽，不同个体的HLA基因及分子不同，由此决定与其结合的抗原肽必须含有特定的锚着位和锚着残基以适合特定的HLA分子结合，即反映了MHC从遗传水平调控免疫应答。同时有助于从基因水平阐明某些疾病的发病机制。

47. HLA提呈抗原的兼容性又表明每一个体虽然携带有限的HLA基因，但却可以对自然界众多的抗原发生应答。任何抗原，只要具有适合于与特定HLA分子结合的锚着位或锚着残基均可被识别和结合。这一特性尤其为应用肽疫苗进行免疫预防和免疫治疗提供了方便。

48. 三、HLA抗原的表达及调控 （一）HLA-Ⅰ、Ⅱ类抗原的分布

49. (二)表达的调控 • 1．组织细胞的分化阶段 • 2．某些疾病状态 • 3．某些生物活性物质

50. 第四节 MHC的功能 • 一、参与抗原加工和提呈 外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与MHC- Ⅰ 、Ⅱ类分子的肽结合区结合形成抗原肽－MHC分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动免疫应答反应。